可再生能源技术及其应用

可再生能源技术及其应用主要内容•概述•太阳能利用技术•地热能利用技术•风能利用技术•生物质能利用技术•新能源开发与利用产业政策能源根据应用范围、技术成熟程度及经济性分为常规能源和新能源两大类。常规能源是指那些技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源,例如煤炭、石油、天然气、水能等。在今后一个相当长的时期内，它们仍将担任世界能源舞台上的主角。新能源是指开发利用较少或正在开发研究但很有发展前途，今后将越来越重要的能源，如太阳能、地热能、生物质能、氢能、海洋能和潮汐能等。基本概念新能源广义上来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源。太阳能风能生物质能核能地热、潮汐能……资源丰富、利用方便、洁净无污染太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！WaveTide新能源分类可再生能源的概念可再生能源是指从自然界可以直接获取、可连续再生、永续利用的一次能源。这些能源基本上直接或间接来自太阳。在自然界可不断再生并有规律地得到补充的能源：水力、生物质能、太阳能、风力、地热、海洋能、畜力等。可再生能源可再生能源的机遇和挑战•资源广泛•发电成本高•技术不断进步•资源广泛•收集利用成本高•液体燃料•资源？•发电成本？•技术进步？•资源评价•应用领域•资源潜力•技术水平•产业基础•市场经济性•其它制约因素–土地–水资源–生态/环境–社会•安全性担忧•装备供应能力•发电能力稳定•移民压力•生态压力技术和经济性仍是可再生能源发展的最大制约最大因素市场机制和管理体系不能适应可再生能源大规模发展需要8太阳能利用技术太阳能的利用方式太阳能的利用方式目前有四种：–光—热转换–光—热—电转换–光—电转换–光—化学能转换光热转换光化转换光合作用空气、地表吸热煤炭食物中的化学能空气变热形成风水蒸气形成雨雪光电转换航天器光热电转换太阳能发电储热桶集热器太阳辐射能太阳辐射能利用热虹吸原理冷水补充輔助電熱器热水供应太阳能热水系统太阳能热发电太阳能热发电系统的构成太阳能蒸汽热动力发电的原理和传统火力发电的原理类似，所采用的发电机组和动力循环都基本相同。太阳能热发电系统，由集热部分、热传输部分、蓄热与热交换部分和汽轮发电部分组成。光—电转换•光—电转换是用硅、砷化镓等半导体材料直接将太阳能转换成电能，通常称太阳能电池。目前，硅太阳能电池的理论效率为22%，在实验室最高达到18%，大量生产时太阳能电池的效率只有10%左右。太阳能电池造价高昂，最初应用于空间技术，有90%的人造卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电。•太阳能电池与蓄电池配合，已广泛用于灯塔，航标灯，科学观测站等场所；用太阳能电池驱动的电动汽车已设计成功。电池、模组及阵列电气负载DC直流电流磷元素掺杂（N型）硅层~0.3微米光伏电池硼元素掺杂（P型）硅层~250微米光伏(PV)系统工作原理能量源：如太阳能量转换：光能-直流电能能量（电能）的“逆变”与“调节”:直流-交流（与市电同频同相）能量配送能量储存市电能量使用奥运史上规模最大的太阳能热水项目•在奥运会期间，为18,212名运动员提供生活热水，安装面积为7,500m2，日产热水达600吨；•每年节电5,000,000kWh，减少CO2排放3,800吨；•是奥运史上规模最大的太阳能热水项目。2008北京奥运会地热能利用技术•地表热导率较低•热阻起伏不定云层吸收4%的能量大气层分散了8%的能量水汽、臭氧层、尘埃吸收了19%的能量云层反射17%的能量地球表面反射6%的能量地球表面吸收了46%的能量地热能的来源对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下：1、200～400℃直接发电及综合利用；2、150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；3、100～150℃双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品；4、50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；5、20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工。地热能的利用方式地热发电•地热发电的基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热直接利用地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅游温泉、疗养保健等。地热直接利用将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。地热供暖地源热泵系统原理：土壤源热泵系统是以岩土体为冷热源，由水源热泵机组、地埋管换热系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵系统——地埋管35m，共110根，热平衡分析，冬季供应热水进行热平衡。热冷冷热热热在夏天，把热量排到土壤中热冷夏天冷暖暖冷在冬天，我们从土壤中吸取热量暖冷冬天（示意图）基本概念地源热泵的概念地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称为地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空调又可采暖和提供热水的高效节能空调技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，同时实现建筑采暖、空调和生活热水的三联供。地源热泵系统的组成室外地能换热系统地源热泵机组建筑物采暖、空调或热水末端水循环水或空气循环地源热泵的组成部分压缩机蒸气高温冷凝器室内加热/制冷分配子系统低温蒸发器与地表的连接部分膨胀阀液体“液体工质源”热泵风能利用技术风能的利用形式•风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和制热等家庭、农牧场、小型产业支全部电力供应与辅助电力供应加热和冷却抽水交通工具推动例和相关小型能源储存(未来可能发展)社区或中产业之全部电力供应电力公司之辅助电力供应抽水谷物干燥与升降机运转大产业公司之全部电力供应大电力公司之辅助电力供应抽蓄水力发电厂使用能量密集工业之间接辅助动力小型风能系统中型风能系统大型风能系统风力发电•微型风电机风机、蓄电池、控制器、逆变器•大型风电机叶轮；传动系统；发电机；刹车系统；偏航系统；塔架；控制监测系统•大型风电场并网供电(1)荷兰式风力机12世纪初荷兰人发明，曾在欧洲(荷、比、西等国)广泛使用。这可能是出现最早的水平轴风力机。水平轴风力机的结构和原理水平轴风力机的结构目前应用较多的是水平轴风力机，且多用螺旋桨型叶片。水平轴风力机主要包括风轮、塔架、机舱等部分。轮毂叶片机舱塔架－风轮是由轮毂及安装于轮毂上的若干叶片(桨叶)组成，是风力机捕获风能的部件；－塔架是风力机的支撑结构；－机舱内集中放置调向装置、控制装置、传动机构、发电机等。锻件（轮齿等）齿轮箱铸件（外壳）底座主轴承主轴锻件齿轮箱轴承合金材料合金材料轴承锻件合金材料铸件发电机铸件（外壳）铜材铸件发电机轴承锻件合金材料偏航系统偏航轴承锻件合金材料偏航控制我国已经形成较为完善的风电产业链，除个别产品制造能力较弱外，大部分零部件已经实现国产化风电机组及其构成塔筒风轮控制系统整机控制控制柜变流器叶片锻件轮毂复合材料铸件合金材料钢材合金材料法兰变桨系统变桨轴承锻件合金材料变桨控制我国已经形成较为完善的风电产业链，除个别产品制造能力较弱外，大部分零部件已经实现国产化风电机组及其构成风电市场的发展•2008年–占新增容量约9%–总装机容量比例约1.5%–占发电量约0.43%•2009年–占新增容量约9%–总装机容量比例约2%–占发电量约0.7%•2010年–占新增容量约15%–总装机容量比例约3.2%–占发电量约1.1%791702242683444004685677641266259960001220024120410009919750213333401620012220168800500010000150002000025000300003500040000450000%20%40%60%80%100%120%140%199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010累计装机(MW)新增装机(MW)年增长率%1996~2010年间平均增长56.3%风电产业的发展：一片一线的布局资源评价基础相对较差风电设备相对不成熟与负荷距离较近电网连接瓶颈小发电经济性较差安装设备、电缆、变压器等有特殊要求运输、施工挑战•资源评价基础相对较好•风电设备相对成熟•与负荷距离较远•电网连接瓶颈大•发电经济性较好•配套设备较为完善•施工难度小陆上风电海上风电标志着我国海上风电开发正式拉开帷幕。2009年3月20日，由华锐首台3MW海上风电机组在上海东海大桥成功安装2009年9月，东海大桥海上风电场首批三台机组并网发电我国电力消费中首次出现海上风电电力•2009年的亮点是海上风电开始起步与部署，特许权招标项目开始启动，30多台3MW的风机开始安装与调试。我国海上风电38生物质能用技术生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和微生物的物质，包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。生物质的概念生物质能利用生物质是怎么形成的，怎样获得？生物质资源有何特点？我国的生物质资源情况如何？沼气是如何形成的？垃圾能否被利用？生物质燃料的类型和特点？生物质发电有哪些方式？生物质来源未来生物质四类生物质来源木制品制造：包括造纸厂、锯木厂和家具生产厂城市废物：包括树枝修剪、建筑用废木、废弃的木制品和包装农作物废物：果树修剪、食品加工森林：精选裁掉的树枝、树苗等短期生长的木本和草本作物，可以5～10年丰收一次最有前途硬木树年产农业作物剩余物近5亿吨木材残余物1620万米3中国生物质其它形式的生物质（1）动物粪便动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。（2）城市垃圾城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾，部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物。（3）有机废水工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。生物质能利用的形式生物质能供热系统在工业领域的运用•问题-在工业领域中的：–规模和复杂度之故，通常不允许自动运行–污染物之故，在某些特别领域，可能会限制应用•优点-在工业领域中的：–该系统通常很适合工业工艺过程的负荷：•其可以满足连续供热需求•其可以全年以额定产能全速运行•最大程度地节省燃料生物质燃烧系统(BCS)：总体布局生物质燃料运输交付生物质燃料储存生物质燃料输送热水供应热交换集尘排放系统及堆场燃烧室生物质燃料回收除灰及储存